3233 盤絲車床切入進(jìn)給機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

3233 盤絲車床切入進(jìn)給機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),車床,切入,進(jìn)給,機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì) 寧XX 大學(xué)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )盤絲車床切入進(jìn)給機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 所 在 學(xué) 院專 業(yè)班 級(jí)姓 名學(xué) 號(hào)指 導(dǎo) 老 師年 月 日2摘 要盤絲車床用于加工三爪自定心卡盤的零件-盤絲,包括車平面螺紋、端面和鏜孔等。該機(jī)床采用床身長(zhǎng)度方向與主軸軸心線垂直的布局，有兩個(gè)刀架。本文設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)的切入進(jìn)給機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)，該進(jìn)給機(jī)構(gòu)主要用于上面。切入進(jìn)給機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中需滿足，可帶動(dòng)上拖板作切入運(yùn)動(dòng)，切入運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)絲杠須停轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)竭_(dá)切入行程終點(diǎn)時(shí)，上拖板應(yīng)退回原位。本文主要完成確定了切入進(jìn)給機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì)方案, 進(jìn)給機(jī)構(gòu)由液壓系統(tǒng)控制，帶動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，通過(guò)齒條，帶動(dòng)齒輪，使絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)絲杠螺母副，把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)給。對(duì)主要的零件設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算,如齒輪齒條機(jī)構(gòu)、滾珠絲杠機(jī)構(gòu)、棘輪棘爪、搖桿、箱體等零部件的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：盤絲車床，盤絲，平面車削3AbstractThreading lathe used for processing of three claw chuck parts - plate wire, including car plane thread, facing and boring. The machine adopts the bed length direction and the axis of spindle vertical layout, with two knife.In this paper the design of the main design entry feeding mechanism, the feeding mechanism is mainly used for the turret top. Design of cutting feed mechanism design needs to meet, can drive the upper carriage for cutting motion, starting at the end of the screw motion must stop, when arriving at the entry end of stroke, upper carriage should return in situ.This paper mainly completes the identified entry feed mechanism design, feeding mechanism is controlled by a hydraulic system, drive the piston, through the rack drives the gear, screw rod to rotate, so that, through the leading screw nut pair, the rotary motion into linear motion, realized the feed. On the main parts design calculation, such as gear and rack mechanism, the ball screw mechanism, a ratchet pawl, rocker, box and other parts of the design.Key Words: Threading lathe，plate wire，flat turning4目 錄摘 要.........................................................................................................................................3Abstract.......................................................................................................................................4目 錄.........................................................................................................................................5第 1 章 緒論...............................................................................................................................71.1 車床簡(jiǎn)介 .......................................................................................................................71.2 數(shù)控車床的概念 ..........................................................................................................71.3 車床的組成與各部件的安裝注意事項(xiàng) .......................................................................81.4 盤絲車床 ......................................................................................................................91.5 本文主要研究?jī)?nèi)容和任務(wù) ........................................................................................10第 2 章 切入進(jìn)給機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì).............................................................................................102.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) ............................................................................................................112.1.1 液壓傳動(dòng)部分設(shè)計(jì) ..........................................................................................112.2 盤絲車床的切入進(jìn)給機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì) .........................................................................112.2.1 切入進(jìn)給機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì) .................................................................................112.2.2 切入進(jìn)給機(jī)構(gòu)方案擬定 ..................................................................................12第 3 章 切入進(jìn)給機(jī)構(gòu)工作原理.............................................................................................13第 4 章 切入進(jìn)給機(jī)構(gòu)各零件設(shè)計(jì).........................................................................................144.1 齒條和齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 ................................................................................................144.2 蝸輪蝸桿副的設(shè)計(jì)計(jì)算 ............................................................................................164.3 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì) ....................................................................................................204.3.1 滾珠絲杠的特點(diǎn) ..............................................................................................214.3.2 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu) .............................................................................................224.3.3 滾珠絲杠副的種類 ..........................................................................................224.3.4 滾珠絲杠副精度 ..............................................................................................234.3.5 滾珠絲杠副性能 .............................................................................................234.3.6 導(dǎo)軌副設(shè)計(jì)與計(jì)算 .........................................................................................254.3.7 滾珠絲杠副設(shè)計(jì)與計(jì)算 ..................................................................................2654.3.8 棘輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .................................................................................................294.3.9 棘爪零件設(shè)計(jì) .................................................................................................304.3.10 手動(dòng)進(jìn)給搖桿的設(shè)計(jì) ...................................................................................304.3.11 進(jìn)給箱體的設(shè)計(jì) ...........................................................................................31總 結(jié).........................................................................................................................................32參考文獻(xiàn)...................................................................................................................................33致 謝.....................................................................................................................................346第 1 章 緒論1.1 車床簡(jiǎn)介車床主要用于加工軸、盤、套和其他具有回轉(zhuǎn)表面的工件，是機(jī)械制造和修配工廠中使用最廣的一類機(jī)床。銑床和鉆床等旋轉(zhuǎn)加工的機(jī)械都是從車床引伸出來(lái)的。在我國(guó)香港等地也有人叫旋床。1.2 數(shù)控車床的概念機(jī)床是人類進(jìn)行生產(chǎn)勞動(dòng)的重要工具，也是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展水平的重要標(biāo)志。 普通機(jī)床經(jīng)歷了近兩百年的歷史。隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及自動(dòng)化，精密機(jī)械與測(cè)量等技術(shù)的發(fā)展與綜合應(yīng)用，生產(chǎn)了機(jī)電一體化的新型機(jī)床一一數(shù)控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床一經(jīng)使用就顯示出了它獨(dú)特的優(yōu)越性和強(qiáng)大生命力，使原來(lái)不能解決的許多問(wèn)題，找到了科學(xué)解決的途徑。 數(shù)控機(jī)床是一種通過(guò)數(shù)字信息，控制機(jī)床按給定的運(yùn)動(dòng)軌跡， 進(jìn)行自動(dòng)加工的機(jī)電一體化的加工裝備，經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床已是現(xiàn)代制造業(yè)的重要標(biāo)志之一，在我國(guó)制造業(yè)中，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，是一個(gè) 企業(yè)綜合實(shí)力的體現(xiàn)。 數(shù)控車床是數(shù)字程序控制車床的簡(jiǎn)稱，它集通用性好的萬(wàn)能型車床、加工精度高的精密型車床和加工效率高的專用型車床的特點(diǎn)于一身，是國(guó)內(nèi)使用量最大，覆蓋面 最廣的一種數(shù)控機(jī)床。要學(xué)好數(shù)控車床理論和操作，就必須勤學(xué)苦練，從平面幾何，三角函數(shù)，機(jī)械制圖，普通車床的工藝和操作等方面打好基礎(chǔ)。 因此，必須首先具有普通車工工藝學(xué)知識(shí)然后才能從掌握人工控制轉(zhuǎn)移到數(shù)字控制方面來(lái)，另一方面，若沒(méi)有學(xué)好有關(guān)數(shù)學(xué)、電工學(xué)、公差與配合及機(jī)械制造等深內(nèi)容，要學(xué)好數(shù)控原 理和程序編制等，也會(huì)感到十分困難。熟悉零件工藝要求，正確處理工藝問(wèn)題。7由于數(shù)控機(jī)床加工的特殊性，要求數(shù)控機(jī)床加工工人既是操作者，又是程序員，同時(shí) 具備初級(jí)技術(shù)人員的某些素質(zhì)，因此，操作者必須熟悉被加工零件的各項(xiàng)工藝（技術(shù)）要求，如加工路線，刀具及其幾何參數(shù)，切削用量，尺寸及形狀位置公差。只 有熟悉了各項(xiàng)工藝要求，并對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題正確進(jìn)行處理后，才能減少工作盲目性，保證整個(gè)加工工作圓滿完成。1.3 車床的組成與各部件的安裝注意事項(xiàng)1. 數(shù)控車床的刀具 （1）對(duì)刀具的要求 數(shù)控車床能兼作粗、精加工。為使粗加工能以較大切削深度、較大進(jìn)給速度地加工，要求粗車刀具強(qiáng) 度高、耐用度好。精車首先是保證加工精度，所以要求刀具的精度高、耐用度好。為減少換刀時(shí)間和方便對(duì)刀，應(yīng)可能多地采用機(jī)夾刀。 數(shù)控車床還要求刀片耐用度的一致性好，以便于使用刀具壽命管理功能。在使用刀具壽命管理時(shí)，刀片耐用度的設(shè)定原則是以該批刀片中耐用度最低的刀片作為依據(jù) 的。在這種情況下，刀片耐用度的一致性甚至比其平均壽命更重要。 （2）數(shù)控車床的刀具 數(shù)控車削用的車刀一般分為三類，即尖形車刀、圓弧形車刀和成型車刀。以直線形切削刃為特征的車 刀一般稱為尖形車刀。這類車刀的刀尖 (同時(shí)也為其刀位點(diǎn))由直線形的主、副切削刃構(gòu)成，如 90?內(nèi)、外圓車刀，左、右端面車刀，切槽(斷)車刀及刀尖倒棱 很小的各種外圓和內(nèi)孔車刀。用這類車刀加工零件時(shí)，其零件的輪廓形狀主要由一個(gè)獨(dú)立的刀尖或一條直線型主切削刃位移后得到，它與另兩類車刀加工時(shí)所得到零 件輪廓形狀的原理是截然不同的。 圓弧形車刀是較為特殊的數(shù)控加工用車刀。其特征是，構(gòu)成主切削刃的刀刃形狀為一圓度誤差或線輪 廓度誤差很小的圓弧；該圓弧刃每一點(diǎn)都是圓弧形車刀的刀尖，因此，刀位點(diǎn)不在圓弧上，而在該圓弧的圓心上；車刀圓弧半徑理論上與被加工零件的形狀無(wú)關(guān)，并 可按需要靈活確定或測(cè)定后確認(rèn)。當(dāng)某些尖形車刀或成型車刀 (如螺紋車刀) 的刀尖具有一定的圓弧形狀時(shí)，也可作為這類車刀使用。圓弧形車刀可以用于車削內(nèi)、 外表面，特別適宜于車削各種光滑連接(凹形)的成型面。 成型車刀俗稱樣板車刀，其加工零件的輪廓形狀完全由車刀刀刃的形狀和尺寸決定。8數(shù)控車削加工 中，常見(jiàn)的成型車刀有小半徑圓弧車刀、非矩形車槽刀和螺紋車刀等。在數(shù)控加工中，應(yīng)盡量少用或不用成型車刀，當(dāng)確有必要選用時(shí)則應(yīng)在工藝準(zhǔn)備文件或加工程 序單上進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。 為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化加工的需要 (如刀具的對(duì)刀或預(yù)調(diào)、自動(dòng)換刀或轉(zhuǎn)刀、自動(dòng)檢測(cè)及管理工作等)，并不斷提高產(chǎn)品的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，節(jié)省刀具費(fèi)用， 應(yīng)多使用模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化刀具。 2. 數(shù)控車床的卡盤 液壓卡盤是數(shù)控車削加工時(shí)夾緊工件的重要附件，對(duì)一般回轉(zhuǎn)類零件可采用普通液壓卡盤；對(duì)零件被夾持部位不是圓柱形的零件，則需要采用專用卡盤；用棒料直接加工零件時(shí)需要采用彈簧卡盤。 4. 數(shù)控車床的尾座 對(duì)軸向尺寸和徑向尺寸的比值較大的零件，需要采用安裝在液壓尾架上的活頂尖對(duì)零件尾端進(jìn)行支撐，才能保證對(duì)零件進(jìn)行正確的加工。尾架有普通液壓尾架和可編程液壓尾座。 4. 數(shù)控車床的刀架 刀架是數(shù)控車床非常重要的部件。數(shù)控車床根據(jù)其功能，刀架上可安裝的刀具數(shù)量—般為 8 把、10 把、12 把或 16 把，有些數(shù)控車床可以安裝更多的刀具。 刀架的結(jié)構(gòu)形式一般為回轉(zhuǎn)式，刀具沿圓周方向安裝在刀架上，可以安裝徑向車刀、軸向車刀、鉆頭、鏜刀。車削加工中心還可安裝軸向銑刀、徑向銑刀。少數(shù)數(shù)控 車床的刀架為直排式，刀具沿一條直線安裝。 托輥數(shù)控車床可以配備兩種刀架： （1）專用刀架 由車床生產(chǎn)廠商自己開(kāi)發(fā)，所使用的刀柄也是專用的。這種刀架的優(yōu)點(diǎn)是制造成本低，但缺乏通用性。 （2）通用刀架 根據(jù)一定的通用標(biāo)準(zhǔn)而生產(chǎn)的刀架，數(shù)控車床生產(chǎn)廠商可以根據(jù)數(shù)控車床的功能要求進(jìn)行選擇配置。 5. 數(shù)控車床的銑削動(dòng)力頭 托輥數(shù)控車床刀架上安裝銑削動(dòng)力頭可以大大擴(kuò)展數(shù)控車床的加工能力。1.4 盤絲車床盤絲車床用于加工三爪自定心卡盤的零件-盤絲,包括車平面螺紋、端面和鏜孔等。9該機(jī)床采用床身長(zhǎng)度方向與主軸軸心線垂直的布局，有兩個(gè)刀架。其中左刀架為車絲刀架，右刀架為鏜孔、車端面刀架。工件用液壓卡盤夾緊；車絲刀架運(yùn)動(dòng)循環(huán)由液壓控制。1.5 本文主要研究?jī)?nèi)容和任務(wù)1、切入進(jìn)給機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中需滿足，可帶動(dòng)上拖板作切入運(yùn)動(dòng)，切入運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)絲杠須停轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)竭_(dá)切入行程終點(diǎn)時(shí)，上拖板應(yīng)退回原位。2、刀架還應(yīng)具備手動(dòng)進(jìn)給功能。第 2 章 切入進(jìn)給機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì)液壓傳動(dòng)有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，因此它的應(yīng)用非常廣泛，如一般工業(yè)用的塑料加工機(jī)械、壓力機(jī)械、機(jī)床等；行走機(jī)械中的工程機(jī)械、建筑機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機(jī)械、提升裝置、軋輥調(diào)整裝置等；土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機(jī)構(gòu)等；發(fā)電廠渦輪機(jī)調(diào)速裝置、核發(fā)電廠等等；船舶用的甲板起重機(jī)械（絞車） 、船頭門、艙壁閥、船尾推進(jìn)器等；特殊技術(shù)用的巨型天線控制裝置、測(cè)量浮標(biāo)、升降旋轉(zhuǎn)舞臺(tái)等；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機(jī)起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。該機(jī)床的車絲刀架的運(yùn)動(dòng)循環(huán)是由液壓控制的。車絲刀架橫向讓刀和進(jìn)刀運(yùn)動(dòng)是用油缸傳動(dòng)帶曲線槽的滑板及從動(dòng)滾子實(shí)現(xiàn)的；切入運(yùn)動(dòng)由油缸中活塞齒條，進(jìn)扇形齒輪和棘輪機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)絲杠獲得，使絲杠復(fù)位靠油缸驅(qū)動(dòng)。機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)總示意圖：10圖 2-1 進(jìn)給系統(tǒng)示意圖刀架是車床的重要組成部分，用于夾持切削用的刀具，因此其結(jié)構(gòu)直接影響到車床的切削性能和切削效率。而切入進(jìn)給機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)正是實(shí)現(xiàn)刀架前進(jìn)后退的重要組成部分.2.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)成功而又廣泛使用的秘密在于它的通用性和易操作性，液壓動(dòng)力傳遞不會(huì)像機(jī)械運(yùn)動(dòng)那樣受機(jī)械幾何形體的制約，為提高生產(chǎn)率，優(yōu)化自動(dòng)化生產(chǎn)，液壓系統(tǒng)成為了自動(dòng)化的重要組成部分。2.1.1 液壓傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)機(jī)床的液壓傳動(dòng)機(jī)床的車絲刀架的運(yùn)動(dòng)循環(huán)是由液壓控制的。如圖所示：11圖 2-2 液壓控制示意圖車絲刀架橫向讓刀和進(jìn)刀運(yùn)動(dòng)是用油缸傳動(dòng)帶曲線槽的滑板及從動(dòng)滾子實(shí)現(xiàn)的；切入運(yùn)動(dòng)由油缸中活塞齒條，進(jìn)扇形齒輪和棘輪機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)絲杠獲得，使絲杠復(fù)位靠油缸驅(qū)動(dòng)。液壓閥控制油缸，驅(qū)動(dòng)活塞齒條運(yùn)動(dòng)，通過(guò)齒輪齒條機(jī)構(gòu)，將活塞的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為齒輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，該機(jī)構(gòu)中，將齒輪設(shè)計(jì)成扇形齒輪，目的是帶動(dòng)后面的棘輪棘爪機(jī)構(gòu)，使絲杠獲得間隙的傳動(dòng)，最后通過(guò)絲杠螺母副，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)刀架的進(jìn)給。當(dāng)?shù)都苓M(jìn)給到其終點(diǎn)的時(shí)候，通過(guò)觸動(dòng)微電開(kāi)關(guān)，控制液壓閥，驅(qū)動(dòng)活塞齒條運(yùn)動(dòng)，通過(guò)齒輪齒條機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)快速退刀。2.2 盤絲車床的切入進(jìn)給機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)2.2.1 切入進(jìn)給機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)一般來(lái)說(shuō)，機(jī)床的切入進(jìn)給機(jī)構(gòu)主要有以下幾種：1，液壓（或氣動(dòng)）驅(qū)動(dòng)的活塞齒條齒輪切入進(jìn)給機(jī)構(gòu)這種由液動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的切入進(jìn)給機(jī)構(gòu)調(diào)速范圍大、緩沖制動(dòng)容易，轉(zhuǎn)位速度可調(diào)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)尺寸較小，制造容易，因而應(yīng)用較廣泛。而轉(zhuǎn)位角度大小可由活塞桿上的限位檔塊來(lái)調(diào)整。也有采用氣動(dòng)的，氣動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，速度可調(diào)，但運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)，有沖擊，結(jié)構(gòu)尺寸大，驅(qū)動(dòng)力小。故一般多用于非金屬切削的自動(dòng)化機(jī)械和自動(dòng)線的切入進(jìn)給機(jī)構(gòu)中。2，圓柱凸輪步進(jìn)式切入進(jìn)給機(jī)構(gòu)這種切入進(jìn)給機(jī)構(gòu)依靠凸輪輪廓強(qiáng)制作轉(zhuǎn)位運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)規(guī)律完全取決于凸輪輪廓形狀。圓柱凸輪是在圓周面上加工出一條兩端有頭的凸起=輪廓，從動(dòng)回轉(zhuǎn)盤（相當(dāng)于體）端面有多個(gè)柱銷，銷子數(shù)量與工位數(shù)相等。當(dāng)圓柱凸輪按固定的旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，有的柱銷會(huì)進(jìn)入凸輪輪廓的曲線段，使凸輪開(kāi)始驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)位，與此同時(shí)有的圓柱銷會(huì)與凸輪輪廓脫離，當(dāng)柱銷接觸的凸輪輪廓由曲線段過(guò)渡到直線段時(shí)，即使凸輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)盤也不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，即完成了一次刀盤分度轉(zhuǎn)位動(dòng)作。如此反復(fù)下去，就能實(shí)現(xiàn)多次的換刀操作。由于凸輪是一個(gè)兩端開(kāi)口的非閉合曲線輪廓，所以當(dāng)凸輪正反轉(zhuǎn)進(jìn)均可帶動(dòng)刀盤正反兩個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)。這種切入進(jìn)給機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)位速度高、精度較低，運(yùn)動(dòng)特性可以自由設(shè)計(jì)選取但制造較困難、成本較高、結(jié)構(gòu)尺寸較大。這種切入進(jìn)給12機(jī)構(gòu)可以通過(guò)控制系統(tǒng)中的邏輯電路或 PC 程序來(lái)自動(dòng)選擇回轉(zhuǎn)方向，以縮短轉(zhuǎn)位輔助時(shí)間。3，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)位隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，可以采用直流（或交流）伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸桿、蝸輪（消除間隙）實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位，轉(zhuǎn)位的速度和角位移均可通過(guò)半閉環(huán)反饋進(jìn)行精確控制加以實(shí)現(xiàn)，因而這種切入進(jìn)給機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)位速度可以進(jìn)行精確控制、精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)容易。所以在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床中被廣泛采用[6]。2.2.2 切入進(jìn)給機(jī)構(gòu)方案擬定為了把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，常采用絲杠螺母機(jī)構(gòu)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、蝸桿齒條機(jī)構(gòu)以及凸輪杠桿機(jī)構(gòu)等。在需要周期進(jìn)給時(shí)，常采用棘輪棘爪機(jī)構(gòu)。進(jìn)給機(jī)構(gòu)由液壓系統(tǒng)控制，帶動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，通過(guò)齒條，帶動(dòng)齒輪，使絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)絲杠螺母副，把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)給。第 3 章 切入進(jìn)給機(jī)構(gòu)工作原理該部分設(shè)計(jì)參考切入進(jìn)給機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖。13圖 4-3 進(jìn)給機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)圖當(dāng)壓力油接通油缸時(shí)，活塞齒條向左移動(dòng)，通過(guò)齒輪齒條機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)裝有棘爪的扇形齒輪旋轉(zhuǎn)，則由棘爪、棘輪。使絲杠旋轉(zhuǎn)，則絲杠通過(guò)絲杠螺母機(jī)構(gòu)帶動(dòng)上拖板作切入運(yùn)動(dòng)。切入運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)，油缸接油箱，活塞在彈簧作用下，使扇形齒輪復(fù)位，棘爪在棘輪上打滑，絲杠停轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕，經(jīng)蝸桿副轉(zhuǎn)動(dòng)護(hù)板，則可改變活塞左移一次時(shí)棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，從而調(diào)整切入量。按下按鈕，壓下杠桿，使棘爪抬起和棘輪脫開(kāi)，然后再轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，使絲杠旋轉(zhuǎn)，刀架得到手動(dòng)進(jìn)給。絲杠順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，擋鐵由固定擋板限位；逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由活動(dòng)擋塊限位。調(diào)整擋塊的位置，便可改變絲杠的轉(zhuǎn)角而調(diào)整切入行程。轉(zhuǎn)動(dòng)螺母，細(xì)齒牙嵌式離合器在套中的彈簧作用下而脫開(kāi)，再轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，就可調(diào)整切入行程終點(diǎn)的位置。調(diào)整完畢，擰緊螺母，使細(xì)齒牙嵌式離合器接合。切入行程終點(diǎn)時(shí)，擋鐵碰微動(dòng)開(kāi)關(guān)，壓力油進(jìn)入復(fù)位油缸，帶齒條的活塞向右移動(dòng)，經(jīng)齒輪使齒輪使絲杠反轉(zhuǎn)，則上拖板退回原為，以便加工下一個(gè)工件。當(dāng)車絲刀架縱向走刀完畢時(shí)，壓力油進(jìn)入油缸的左腔推動(dòng)活塞，經(jīng)活塞剛帶動(dòng)讓刀滑板右移。由滑板上的曲線槽經(jīng)滾子、銷子帶動(dòng)上拖板作橫向讓刀運(yùn)動(dòng)。讓刀行程為 10 毫米。彈簧用于消除絲杠與螺母之間的間隙。刀架上一次安裝精車、半精車、次粗車、粗車、倒角等五把車刀，相鄰兩車刀的中心距離等于被加工的螺距；精車刀切削刃寬度等于被加工螺紋槽寬減去磨削余量。14第 4 章 切入進(jìn)給機(jī)構(gòu)各零件設(shè)計(jì)4.1 齒條和齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算齒輪齒條的傳動(dòng)計(jì)算齒輪與齒條傳動(dòng)特點(diǎn)齒輪作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，齒條作直線運(yùn)動(dòng)，齒條可以看作一個(gè)齒數(shù)無(wú)窮多的齒輪的一部分，這時(shí)齒輪的各圓均變?yōu)橹本€，作為齒廓曲線的漸開(kāi)線也變?yōu)橹本€。齒條直線的速度與齒輪分度圓直徑 、轉(zhuǎn)速 之間的關(guān)系為vdnv=(/)60ms?式中 d——齒輪分度圓直徑， ；——齒輪轉(zhuǎn)速， 。ninr其嚙合線 與齒輪的基圓相切 ，由于齒條的基圓為無(wú)窮大，所以嚙合線與齒條基12N1N圓的切點(diǎn) 在無(wú)窮遠(yuǎn)處。齒輪與齒條嚙合時(shí)，不論是否標(biāo)準(zhǔn)安裝（齒輪與齒條標(biāo)準(zhǔn)安裝即為齒輪的分度圓與齒條的分度圓相切） ，其嚙合角 恒等于齒輪分度圓壓力角 ，也等于齒條的齒形角；齒'??輪的節(jié)圓也恒與分度圓重合。只是在非標(biāo)準(zhǔn)安裝時(shí)，齒條的節(jié)線與分度線不再重合。齒輪與齒條正確嚙合條件是基圓齒距相等，齒條的基圓齒距是其兩相鄰齒廓同側(cè)直線的垂直距離，即 。cossbPm??齒輪與齒條的實(shí)際嚙合線為 ，即齒條頂線及齒輪齒頂圓與嚙合線 的交點(diǎn) 及12B12N2B之間的長(zhǎng)度。1B15齒輪齒條傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算齒輪與齒條傳動(dòng)的尺寸計(jì)算見(jiàn)表表 齒輪齒條傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算項(xiàng)目名稱 計(jì)算公式及代號(hào) 轉(zhuǎn) 齒輪齒條數(shù)90?值轉(zhuǎn) 齒輪齒條數(shù)180?值齒輪齒數(shù) 1z48 32模數(shù) m2m2m螺旋角 ?0? 0?壓力角 ?齒頂高系數(shù)*ah1 1基本齒廓頂隙系數(shù)*C0.25 0.25齒輪變位系數(shù) 1x0.418 0.418齒輪 b10m10m尺寬齒條 230 30齒條長(zhǎng)度 L75 300主要幾何參數(shù)計(jì)算項(xiàng)目名稱 計(jì)算公式及代號(hào) 轉(zhuǎn)齒輪齒條數(shù)值 轉(zhuǎn)齒輪齒條數(shù)值齒輪分度圓直徑 1cosdmz??96m64m16齒輪 ??*11ahxm??2.836 2.836 m齒頂高齒條 22 2齒輪 *1()fac?1.664 1.664齒根高齒條 2fh??2.5 2.5齒輪齒高齒條af 4.5m4.5 m齒輪中心到齒條中心距12dHx??4.5 4.5齒距 npm?6.238 6.238 m齒條齒數(shù) 20.5nLz??12 32齒條的主要特點(diǎn)：（1） 由于齒條齒廓為直線，所以齒廓上各點(diǎn)具有相同的壓力角，且等于齒廓的傾斜角，此角稱為齒形角，標(biāo)準(zhǔn)值為 20°。（2） 與齒頂線平行的任一條直線上具有相同的齒距和模數(shù)。（3） 與齒頂線平行且齒厚等于齒槽寬的直線稱為分度線（中線），它是計(jì)算齒條尺寸的基準(zhǔn)線。4.2 蝸輪蝸桿副的設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)的普通圓柱蝸桿傳動(dòng)比為 ，傳動(dòng)反向，工作載荷穩(wěn)定，但有不大的沖1260i?擊，要求設(shè)計(jì)壽命為 。0hL?對(duì)蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)計(jì)算如下；(1).選擇蝸桿傳動(dòng)類型根據(jù) 的推薦，采用漸開(kāi)線蝸桿（ ） 。/1089GBT?ZI(2).選擇材料根據(jù)庫(kù)存材料的情況，并考慮到蝸桿傳遞的功率不大，速度只是中等，故蝸桿用45 鋼；因希望效率高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為 40-45 HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅 ，金屬模鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒10ZCuSnP17圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵 HT100 制造。(3).按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。??232EHZaKT?????????1) 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩按 ，估取效率 ，則1Z?0.8??= = =2T6129.5/Pni?60.389.514/Nm?A936.1m?2) 確定載荷系數(shù) K因?yàn)楣ぷ鬏d荷穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)為 ；由西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理K??及機(jī)械零件教研室編著的《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材表 11-5 選取使用系數(shù) ；由于轉(zhuǎn)速1.5A?不高，沖擊不大，可取動(dòng)載系數(shù) ；則1.05V?=AK??.2??3) 確定彈性影響系數(shù) EZ因選用的是鑄錫青銅輪和鋼蝸桿相配，故 。1260EaZMP?4) 確定接觸系數(shù) ?先假設(shè)蝸桿分度圓直徑 和傳動(dòng)中心距 a 的比值 ，從圖 11-18 中可查得1d1/.35d= 。Z?2.95) 確定許用接觸應(yīng)力 ??H?根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅 ，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度10ZCuSnP45HRC，?可從表 11-7 中查得蝸輪的基本許用應(yīng)力為 。??'268HaMP??應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 72140601.0hNjnL???壽命系數(shù) 78.91.HK?則 ???'0.426850.NHaMP???A186) 計(jì)算中心距23160.91.298.73.58a m??????????取中心距 a=80mm，因 故從表 11-2 中取模數(shù)為 m=2mm，蝸桿分度圓直徑60,i?。這時(shí) ，從圖 11-18 中可查得接觸系數(shù) ，因135.dm?1/5./.4d?'2.70Z??為 ，因此以上計(jì)算的結(jié)果可用。'270Z???(2) 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸1) 蝸桿 軸向齒距 3.1426.8apmm????直徑系數(shù) 1/5/7qd齒頂圓直徑 *2.39.5aah??齒根圓直徑 1()21f c?????分度圓導(dǎo)程角 1 0tn/tn(/7.).zq??蝸桿軸向齒厚 3.42asmm??圖 2.3 蝸桿的結(jié)構(gòu)圖1) 蝸輪 蝸輪齒數(shù) ；變位系數(shù) 26z?20.15x?驗(yàn)算傳動(dòng)比 ，這時(shí)傳動(dòng)比誤差為 ，是允許的。12i 6.3.%??蝸輪分度圓直徑 214dmzm?蝸輪喉圓直徑 *2()(10.25)8.aahxm??????蝸輪齒根圓直 *2 15.f c???蝸輪咽喉母圓半徑 2180.57gard19圖 2.4 蝸輪的結(jié)構(gòu)圖(4) 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度??21.53FFaFKTYdm?????當(dāng)量齒數(shù) 23362.9cos.vzr?根據(jù) ， ，從圖 11-19 中可查得齒形系數(shù) 。20.15x?26.9z 2.5FaY?螺旋角系數(shù) 0.10.741Y???許用彎曲應(yīng)力 ??'FFNK?A從表 11-8 中查得由 制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力1ZCuSnP??'56FaMP??壽命系數(shù) 6970.5.FN????531.4aMP?1.2869.25076.5F aP??彎曲強(qiáng)度滿足要求。(6) 精度等級(jí)公差和表面粗糙度的確定考慮到所設(shè)計(jì)的蝸桿傳動(dòng)是動(dòng)力傳動(dòng)，屬于通用機(jī)械減速器，從 GB/T10089—1988 圓柱蝸桿、蝸輪精度中選擇 8 級(jí)精度，側(cè)隙種類為 f，標(biāo)注為 8f GB/T10089—1988。然后由有關(guān)手冊(cè)查得要求的公差項(xiàng)目及表面粗糙度，此處從略 [9]。204.3 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，這是滾珠螺絲的進(jìn)一步延伸和發(fā)展，這項(xiàng)發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動(dòng)動(dòng)作變成滑動(dòng)動(dòng)作。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。早在 19 世紀(jì)末就發(fā)明了滾珠絲杠副，但很長(zhǎng)一段時(shí)間未能實(shí)際應(yīng)用，因制造難度太大。世界上第一個(gè)使用滾珠絲杠副的是美國(guó)通用汽車公司薩吉諾分廠，它將滾珠絲杠副用于汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上。1940 年，美國(guó)開(kāi)始成批生產(chǎn)用于汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的滾珠絲杠副，1943 年，滾珠絲杠副開(kāi)始用于飛機(jī)上。精密螺紋磨床的出現(xiàn)使?jié)L珠絲杠副在精度和性能上產(chǎn)生了較大的飛躍，隨著數(shù)控機(jī)床和各種自動(dòng)化設(shè)備的發(fā)展，促進(jìn)了滾珠絲杠副的研究和生產(chǎn)。從 50 年代開(kāi)始，在工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家中，滾珠絲杠副生產(chǎn)廠家如雨后春筍般迅速出現(xiàn)，例如：美國(guó)的 WARNER-BEAVER 公司、GM-SAGINAW 公司；英國(guó)的 ROTAX 公司；日本的 NSK 公司、TSUBAKI 公司等。我國(guó)早在 50 年代末期開(kāi)始研制用于程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床的滾珠絲杠副。40 多年來(lái)，由于滾珠絲杠副具有高效率、高精度、高剛度等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、航天、航空、核工業(yè)等領(lǐng)域。現(xiàn)在，滾珠絲杠副已成為機(jī)械傳動(dòng)與定位的首選部件。由于滾珠絲杠副的使用不斷普及，使用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，對(duì)滾珠絲杠副的要求也越來(lái)越多，普通規(guī)格的滾珠絲杠副已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了使用要求，如航天航空領(lǐng)域、小型精密測(cè)試裝置、電子儀器以及半導(dǎo)體裝置等基本上都需要公稱直徑 d0≤12mm，導(dǎo)程Ph=0.5～2.5 mm 的微型滾珠絲杠副。日本 NSK 公司已開(kāi)發(fā)出公稱直徑 d0=4mm，導(dǎo)21程 Ph=0.5mm 的世界最小導(dǎo)程微型滾珠絲杠副。半導(dǎo)體插件裝置、小型機(jī)器人等需要微型大導(dǎo)程滾珠絲杠副，以滿足高速驅(qū)動(dòng)要求。隨著機(jī)械產(chǎn)品向高速、高效、自動(dòng)化方向發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控鍛壓機(jī)械、加工中心以及機(jī)電一體化自動(dòng)機(jī)械等，其進(jìn)給驅(qū)動(dòng)速度不斷提高，大導(dǎo)程滾珠絲杠副的出現(xiàn)，滿足了高速化的要求。日本 NSK 公司已開(kāi)發(fā)出公稱直徑×導(dǎo)程為：15mm×40mm、16mm×50mm、20mm×60mm 、25mm×80mm 超大導(dǎo)程滾珠絲杠副，快速進(jìn)給速度達(dá) 180m/min。4.3.1 滾珠絲杠的特點(diǎn)1、與滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩為 1/3由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，所以能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率。與過(guò)去的滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩達(dá)到 1/3 以下，即達(dá)到同樣運(yùn)動(dòng)結(jié)果所需的動(dòng)力為使用滾動(dòng)絲杠副的 1/3。在省電方面很有幫助。2、高精度的保證采用歌德式（Gothic arch）溝槽形狀、軸向間隙可調(diào)整得很小，也能輕便地傳動(dòng)。若加入適當(dāng)?shù)念A(yù)緊載荷，消除軸向間隙，可使絲杠具有更佳的剛性，在承載時(shí)減少滾珠和螺母、絲杠間的彈性變形，達(dá)到更高的精度。3、微進(jìn)給可能滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動(dòng)，所以啟動(dòng)力矩極小，不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)那樣的爬行現(xiàn)象，能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。3、 無(wú)側(cè)隙、剛性高滾珠絲杠副可以加予壓，由于予壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值,進(jìn)而得到較高的剛性（滾珠絲杠內(nèi)通過(guò)給滾珠加予壓力，在實(shí)際用于機(jī)械裝置等時(shí)，由于滾珠的斥力可使絲母22部的剛性增強(qiáng)）。5、高速進(jìn)給可能滾珠絲杠由于運(yùn)動(dòng)效率高、發(fā)熱小、所以可實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給(運(yùn)動(dòng))。6、高可靠性與其它傳動(dòng)機(jī)械，液壓傳動(dòng)相比，滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)故障率很低，維修保養(yǎng)也較簡(jiǎn)單，只需進(jìn)行一般的潤(rùn)滑和防塵。在特殊場(chǎng)合可在無(wú)潤(rùn)滑狀態(tài)下工作。7、高耐用性鋼球滾動(dòng)接觸處均經(jīng)硬化（HRC58 ～63）處理，并經(jīng)精密磨削，循環(huán)體系過(guò)程純屬滾動(dòng)，相對(duì)對(duì)磨損甚微，故具有較高的使用壽命和精度保持性。4.3.2 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)分為內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)(以圓形反向器和橢圓形反向器為代表)和外循環(huán)結(jié)構(gòu)( 以插管為代表) 兩種。這兩種結(jié)構(gòu)也是最常用的結(jié)構(gòu)。這兩種結(jié)構(gòu)性能沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別，只是內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)安裝連接尺寸??；外循環(huán)結(jié)構(gòu)安裝連接尺寸大。目前，滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)已有 10 多種，但比較常用的主要有：內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)；外循環(huán)結(jié)構(gòu)；端蓋結(jié)構(gòu)；蓋板結(jié)構(gòu)。內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)反向器的形狀有多種多樣，但是，常用的外形就是圓形和橢圓形。由于圓形滾珠反向通道較短，因此，在流暢性上不如橢圓形結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在，最好的反向器結(jié)構(gòu)為橢圓形內(nèi)通道結(jié)構(gòu)，由于滾珠反向不通過(guò)絲杠齒頂，類似外循環(huán)結(jié)構(gòu)，因此，消除了絲杠齒頂?shù)菇钦`差給滾珠反向帶來(lái)的影響。但由于制造工藝較復(fù)雜，影響了這種結(jié)構(gòu)的推廣。234.3.3 滾珠絲杠副的種類現(xiàn)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)上對(duì)滾珠絲杠副還沒(méi)有統(tǒng)一的分類，但各國(guó)一般是按以下原則進(jìn)行分類的：普通滾珠絲杠副一般指公稱直徑 d0=16～100mm，導(dǎo)程 Ph=4～20mm，螺旋升角 φ＜9°。微型滾珠絲杠副指公稱直徑 d0≤12mm 的滾珠絲杠副。對(duì)于導(dǎo)程 Ph≤3mm 的滾珠絲杠副稱為微型小導(dǎo)程滾珠絲杠副，螺旋升角 φ＞9°的滾珠絲杠副稱為微型大導(dǎo)程滾珠絲杠副。大導(dǎo)程滾珠絲杠副指公稱直徑 d0≥16mm，螺旋升角 17°≥φ＞9 °或?qū)С蘢0≤Ph ≤d0 的滾珠絲杠副，對(duì)于螺旋升角 φ＞17°稱為超大導(dǎo)程滾珠絲杠副。重型滾珠絲杠副指公稱直徑 d0≥125mm 的滾珠絲杠副。4.3.4 滾珠絲杠副精度過(guò)去，為了獲得高的定位精度，主要通過(guò)提高滾珠絲杠副本身的精度來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，對(duì)滾珠絲杠的導(dǎo)程累積誤差要求很高，給滾珠絲杠副的制造帶來(lái)困難，使?jié)L珠絲杠副的生產(chǎn)成本加大。特別是高精度滾珠絲杠副，只有通過(guò)數(shù)控螺紋磨床或激光反饋螺紋磨床加工才能達(dá)到。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們掌握了數(shù)控補(bǔ)償技術(shù)，因而，不需要很高精度的滾珠絲杠副，也能獲得高的定位精度。為了適應(yīng)數(shù)控補(bǔ)償技術(shù)的要求，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ISO3408-3-1992 以及部頒標(biāo)準(zhǔn) JB3162.2-92 都對(duì)滾珠絲杠副的行程變動(dòng)量作了要求，如有效行程內(nèi)行程變動(dòng)量、任意 300mm 行程內(nèi)行程變動(dòng)量、2π 弧度內(nèi)行程變動(dòng)量。其目的就是要控制滾珠絲杠副行程誤差的直線性，也即滾珠絲杠副行程誤差線性化。為數(shù)控誤差補(bǔ)償創(chuàng)造條件。4.3.5 滾珠絲杠副性能隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)滾珠絲杠副的要求也越來(lái)越高，為了使機(jī)械產(chǎn)品能實(shí)現(xiàn)高的定位精度且能平穩(wěn)運(yùn)行，這就要求滾珠絲杠副不但有高的精度，而且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無(wú)阻滯現(xiàn)象。滾珠絲杠副運(yùn)轉(zhuǎn)是否平穩(wěn)，主要取決于滾珠絲杠副預(yù)緊轉(zhuǎn)矩的變動(dòng)量，不同轉(zhuǎn)速下滾珠絲杠副的滾珠鏈運(yùn)動(dòng)的流暢性不同，因此，滾珠絲杠副的預(yù)24緊轉(zhuǎn)矩也不相同。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ISO3408－3－1992 以及部頒標(biāo)準(zhǔn) JB3162.2－92 規(guī)定了在轉(zhuǎn)速為 100r/min 時(shí)，滾珠絲杠副預(yù)緊轉(zhuǎn)矩的允差。由于存在加工誤差，如：滾珠絲杠中徑尺寸全長(zhǎng)不一致，絲杠、螺母的導(dǎo)程誤差，絲杠與螺母的滾道齒形誤差以及螺紋滾道的粗糙度等，使?jié)L珠絲杠副的動(dòng)態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩在絲杠螺紋全長(zhǎng)上是不恒定的，這直接影響驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的平穩(wěn)性，因而也影響滾珠絲杠副的定位精度。因此，滾珠絲杠副預(yù)緊轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量的大小是反映滾珠絲杠副性能好壞的重要指標(biāo)。近幾年來(lái)，人們對(duì)滾珠絲杠副的預(yù)緊轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量的大小開(kāi)始重視起來(lái)，以前人們只重視滾珠絲杠副綜合行程誤差曲線，現(xiàn)在也開(kāi)始重視滾珠絲杠副預(yù)緊轉(zhuǎn)矩的曲線。因?yàn)橛辛诉@兩條曲線，滾珠絲杠副的性能就能很好地反映出來(lái)。為了滿足上述要求，北京機(jī)床研究所先后研制了滾珠絲杠副綜合行程誤差測(cè)量?jī)x和預(yù)緊轉(zhuǎn)矩測(cè)量?jī)x。應(yīng)用現(xiàn)代化的測(cè)量手段和高精度的傳感器，在測(cè)量過(guò)程中能實(shí)時(shí)顯示行程誤差曲線和預(yù)緊轉(zhuǎn)矩曲線，并打印出完整的測(cè)量報(bào)告，為衡量滾珠絲杠副的總成質(zhì)量，提供了可靠的檢測(cè)手段。隨著數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，“高速、高效”成為各廠家追求的目標(biāo)，對(duì)于高速驅(qū)動(dòng)與定位部件，國(guó)外已有直線電動(dòng)機(jī)問(wèn)世，開(kāi)始用于加工中心，快速進(jìn)給速度達(dá)到 160m/min以上，加速度達(dá) 4g 以上，向滾珠絲杠副提出嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。但由于直線電動(dòng)機(jī)存在價(jià)格昂貴、控制系統(tǒng)復(fù)雜、需采取措施解決磁鐵吸引金屬切屑、強(qiáng)磁對(duì)人身危害以及發(fā)熱等缺點(diǎn)，在近一段時(shí)間很難得到普及。滾珠絲杠副仍是現(xiàn)在高速驅(qū)動(dòng)的最優(yōu)先選擇，國(guó)外大部分高速加工中心仍使用滾珠絲杠副。為了達(dá)到高速驅(qū)動(dòng)目的，設(shè)計(jì)時(shí)在提高電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速可達(dá) 4000r/min)的同時(shí)，使用大導(dǎo)程滾珠絲杠副，導(dǎo)程可達(dá) 32mm。如日本馬扎克公司在 FF660 機(jī)床上使用滾珠絲杠副，機(jī)床快速移動(dòng)速度達(dá)90m/min，加速度達(dá) 1.5g。 滾珠絲杠副在高速驅(qū)動(dòng)時(shí)主要存在的問(wèn)題是：噪聲、溫升、精度。滾珠絲杠副噪聲產(chǎn)生的原因主要有：滾珠在循環(huán)回路中的流暢性、滾珠之間的碰撞、滾道的粗糙度、絲杠的彎曲等。滾珠絲杠副的溫升主要是由滾珠與絲杠、螺母、反向器之間的摩擦及滾珠之間的摩擦產(chǎn)生的。要解決上述問(wèn)題首先應(yīng)從滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開(kāi)始，對(duì)存25在的問(wèn)題采取措施；另一方面，從工藝上解決，通過(guò)合理的工藝流程，提高產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量；選取適當(dāng)?shù)臐L珠絲杠副預(yù)緊轉(zhuǎn)矩；減小滾珠絲杠副的預(yù)緊轉(zhuǎn)矩的變動(dòng)量，使?jié)L珠絲杠副適應(yīng)高速驅(qū)動(dòng)的要求。世界主要滾珠絲杠生產(chǎn)制造商：日本黑田精工(KURODA)滾珠絲杠，日本 THK 滾珠絲杠、臺(tái)灣上銀 HIWIN 滾珠絲杠、臺(tái)灣 ABBA 滾珠絲杠、韓國(guó) SBC 滾珠絲杠、日本 NSK 滾珠絲杠等。4.3.6 導(dǎo)軌副設(shè)計(jì)與計(jì)算根據(jù)給定的工作載荷 Fz 和估算的 Wx 和 Wy 計(jì)算導(dǎo)軌的靜安全系數(shù) fSL=C0/P，式中：C0 為導(dǎo)軌的基本靜額定載荷，kN；工作載荷 P=0.5(Fz+W)； fSL=1.0~4.0(一般運(yùn)行狀況)，4.0~5.0（運(yùn)動(dòng)時(shí)受沖擊、振動(dòng)） 。根據(jù)計(jì)算結(jié)果查有關(guān)資料初選導(dǎo)軌：因系統(tǒng)受中等沖擊,因此取 4.0sLf?,, ,0.5()OSLXYZfPFW??xYYOXSL=+.(20+671.58)=3.79N.()26CfP413.94.?根據(jù)計(jì)算額定靜載荷初選導(dǎo)軌:選擇漢機(jī)江機(jī)床廠 HJG-D 系列滾動(dòng)直線導(dǎo)軌,其型號(hào)為:HJG-D25基本參數(shù)如下:額定載荷/N 靜態(tài)力矩/N*M 滑座重量導(dǎo)軌重量導(dǎo)軌長(zhǎng)度動(dòng)載荷 aC靜載荷 oATBCTgK/gmL(mm)17500 26000 198 198 288 0.60 4.1 760滑座個(gè)數(shù) 單向行程長(zhǎng)度 每分鐘往復(fù)次數(shù)M Sl n4 0.6 426導(dǎo)軌的額定動(dòng)載荷 N1750aC?依據(jù)使用速度 v（m/min ）和初選導(dǎo)軌的基本動(dòng)額定載荷 (kN)驗(yàn)算導(dǎo)軌的工作壽aC命 Ln：額定行程長(zhǎng)度壽命:()HTCaWffSFTK?2045MF1,,.81,,oTWCHRdffffK??3 310.817502()5()4209.58HTCaWffSF km??導(dǎo)軌的額定工作時(shí)間壽命: 3102SoTHln??3 310249.58104971506SoTln hTh? ????導(dǎo)軌的工作壽命足夠.4.3.7 滾珠絲杠副設(shè)計(jì)與計(jì)算初選絲杠材質(zhì)：CrWMn 鋼，HRC58~60，導(dǎo)程： l0=5mm（1） 強(qiáng)度計(jì)算絲杠軸向力： (N))(,,maxyxzyxWFfKF??其中： K=1.15，滾動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù) f=0.003~0005；在車床車削外圓時(shí)：F x=(0.1~0.6)Fz，F(xiàn) y=(0.15~0.7)Fz，可取 Fx=0.5Fz，F(xiàn) y=0.6Fz計(jì)算。取 f=0.004, 則:40Z?maxX.5.21061..(67.58)104.642YZNF N????27壽命值： ，其中絲杠轉(zhuǎn)速 (r/min)610nTL?0maxlvn?max06524/i103hvnrlL???最大動(dòng)載荷： FfLQWH3式中： fW為載荷系數(shù)，中等沖擊時(shí)為 1.2~1.5； fH為硬度系數(shù)，HRC≥58 時(shí)為 1.0。查表得中等沖擊時(shí) 則:1.2,ff?360.4568709.5.4XY NQ??根據(jù)使用情況選擇滾珠絲杠螺母的結(jié)構(gòu)形式，并根據(jù)最大動(dòng)載荷的數(shù)值可選擇滾珠絲杠的型號(hào)為: CM 系列滾珠絲桿副，其型號(hào)為：CM2005-5。其基本參數(shù)如下:28其額定動(dòng)載荷為 14205N> 足夠用.滾珠循環(huán)方式為外循環(huán)螺旋槽式,預(yù)緊方式采用雙yQ螺母螺紋預(yù)緊形式.滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)的計(jì)算如下表名稱 計(jì)算公式 結(jié)果公稱直徑 0d―― 20mm螺距 t ―― ５mm接觸角 ?―― 045鋼球直徑 bd―― 4.175mm螺紋滾道法向半徑 R0.52bd?1.651mm偏心距 e()sine???0.04489mm螺紋升角 ?0tarcgd??0'43螺桿外徑 d0(.2~5)bd?19.365mm螺桿內(nèi)徑 11eR??16.788mm螺桿接觸直徑 220cosb?17.755mm螺母螺紋外徑 Dd?24.212mm螺母內(nèi)徑（外循環(huán)） 10(.~5)bd?20.7mm（2） 傳動(dòng)效率計(jì)算絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為： )(?????tg式中： φ =10’，為摩擦角； γ 為絲杠螺旋升角。 0'''43()(1)0.96ggt tt????????（3） 穩(wěn)定性驗(yàn)算絲杠兩端采用止推軸承時(shí)不需要穩(wěn)定性驗(yàn)算。29（4） 剛度驗(yàn)算滾珠絲杠受工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為： (cm)ESFll01???Y 向所受牽引力大,故用 Y 向參數(shù)計(jì)算60622 21.5615.80.241.5.(/)3.40FNlcmECMSRL????????絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計(jì)。導(dǎo)程變形總誤差 Δ 為E 級(jí)精06 4110.5. 2.102.[]l um????????度絲杠允許的螺距誤差[ Δ]=15μm/m。304.3.8 棘輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在許多機(jī)器中，除廣泛采用常用機(jī)構(gòu)外，還經(jīng)常用到其他類型的一些機(jī)構(gòu)，如各類間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。本次設(shè)計(jì)中選用棘輪機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)絲杠的間歇運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給。棘輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)： 棘輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、運(yùn)動(dòng)可靠；而且棘輪軸每次轉(zhuǎn)過(guò)角度的大小可以在較大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，這些都是它的優(yōu)點(diǎn)。棘輪機(jī)構(gòu)常用于各種設(shè)備中，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給、轉(zhuǎn)位或分度的功能。本課題中，選擇棘輪機(jī)構(gòu)，來(lái)使得絲杠做間歇轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)橫向間歇進(jìn)給。通過(guò)改變棘輪每次轉(zhuǎn)過(guò)的角度的大小，可以改變絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，從而改變進(jìn)給量。棘輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：在設(shè)計(jì)棘輪機(jī)構(gòu)時(shí)，為了保證棘輪機(jī)構(gòu)工作的可靠性，在工作行程，棘爪應(yīng)能順利地滑入齒底。即棘齒的切斜角應(yīng)大于摩擦角。本次設(shè)計(jì)的棘輪零件圖，如圖 3-4 所示：圖 3-4 棘輪4.3.9 棘爪零件設(shè)計(jì)圖 3-5 棘爪314.3.10 手動(dòng)進(jìn)給搖桿的設(shè)計(jì)本課題任務(wù)中，進(jìn)給機(jī)構(gòu)需能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)進(jìn)給，故設(shè)計(jì)了手動(dòng)進(jìn)給搖桿，搖桿與手柄間采用螺紋連接。如圖：圖 3-6 進(jìn)給搖桿4.3.11 進(jìn)給箱體的設(shè)計(jì)初步定下箱體長(zhǎng) 380mm，寬 300mm，高 400mm。具有齒輪齒條部分，箱體需要有通孔。具體設(shè)計(jì)如下圖所示：32圖 3-7 箱體總 結(jié)本次課題是盤絲車床切入進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中得到老師耐心的指導(dǎo)和同學(xué)的熱心幫助才使得這次畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠完滿完成，同時(shí)也鞏固了我所學(xué)的知識(shí)，作為大學(xué)四年的最后的一次作業(yè)，自始至終我都用心的去完成，并從中學(xué)到了不少的知識(shí)。在能力培養(yǎng)方面也基本達(dá)到了預(yù)期的目的，即不但培養(yǎng)了我綜合應(yīng)用專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)來(lái)解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，而且還使我初步樹(shù)立了很強(qiáng)的工作責(zé)任感。在設(shè)計(jì)中我們小組緊密配合，雖是共同設(shè)計(jì)一臺(tái)數(shù)控車床，但各有分工。這就為我們的創(chuàng)新思維留足了廣闊的自由空間，在追求統(tǒng)一的前提下充分發(fā)揮自己的想象力。講求團(tuán)隊(duì)合作精神，這一課題的設(shè)置符合高等院校辦學(xué)精神，同時(shí)也符合現(xiàn)代企業(yè)的擇人準(zhǔn)則。獨(dú)立思考、廣泛討論是獲取新知識(shí)的有效捷徑這一思想正在被越來(lái)越多的人所接受,必盡這是我們邁向工程實(shí)際的第一步，也是最為關(guān)鍵的一步。相信經(jīng)過(guò)這次訓(xùn)練后，無(wú)論是在以后的工作還是學(xué)習(xí)中，必定能使我們少走彎路。33參考文獻(xiàn)[1]馮辛安主編.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19991.0[2]盛伯浩主編.機(jī)床的現(xiàn)狀與發(fā)展.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.1.[3]王愛(ài)玲，白恩遠(yuǎn)等編著.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2004.4[4]關(guān)穎主編，數(shù)控車床.沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2005.1[5] 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